专利名称：铜基高锡硼合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铜基高锡硼合金(Cu-Sn-B)及其线材的制造工艺。
本发明的另一目的是提供一种所述的高锡硼铜合金线材的生产工艺。
本发明为达到上述目的所提供的新型合金为该种铜基高锡硼合金，它包含有12～18％(wt)的锡(Sn)，0.002～2％(wt)的硼(B)，及铁(Fe)、铝(Al)、钛(Ti)、磷(P)、锌(Zn)五种元素中至少一种，所述五种元素的含量分别为铁(Fe)为0～1.0％(wt)、铝(Al)为0～2.0％(wt)、钛(Ti)为0～0.002％(wt)、磷(P)为0～0.5％(wt)、锌(Zn)为0～2.0％(wt)，合金中的余量成分为铜(Cu)和少量杂质；其中，所述合金中元素锡(Sn)的最佳含量为13～15％(wt)，所述合金中元素硼(B)的最佳含量为0.1～1％(wt)；另外，所述合金的金相组织为α相，或者为以α相为主另有少量δ相(δ相含量＜6％)，晶粒度为0.025～0.04mm。
所述的合金成分的选择原则与要求是锡的成分范围既要求保证材料具有高强度又要保证其具有易加工性，并使合金具有美丽的颜色。硼的成分用于细化晶粒，可减少锡的枝晶偏析和反偏析，减少δ相。加入硼元素可在制品表面形成独有的抗侵蚀、抗氧化、均匀致密的金属-仿金保护薄膜，可提高合金的耐蚀性及强度，并使合金材料表面形成强化的仿金保护薄膜。
本发明采取的生产所述的铜基高锡硼合金线材的制造工艺过程为a.配投料及熔炼——b.保温及水平连铸——c.均匀化梯度退火——d.酸洗——e.冷拉扒皮——f.中间退火——g.酸洗——h.冷拉扒皮——i.拉伸——j.消除内应力光亮退火；其中，投料熔炼顺序为铜+锡+(铜-铁)，加热熔化后，再加(铜-硼)+铝+锌，出炉前加铜磷合金和铜钛合金细化晶粒，熔炼温度为1050～1300℃；其保温及水平连铸温度为950～1200℃；水平连铸中采用了反推工艺，铸造速度为0.5～2.0m/min，拉长(节距)为10～30mm，停1～2秒后反推1～2mm；铸造过程中采用反推工艺，目的是消除铸坯表面横向裂纹，最佳的水平连铸工艺可以使反偏析层控制为0.2～0.5mm；均匀化梯度退火温度为550～850℃，时间为3～10小时，在保护性气氛N2+(3～25％)H2中进行，在保护性气体中加入3～25％H2，可使产品表面光洁；中间退火温度为400～700℃，时间为1～5小时；消除内应力光亮退火(成品退火)温度为50～450℃，时间为40～120min。
所述的拉伸过程中的冷加工率为10～70％。
在所述的熔炼工艺中采用木炭覆盖，木炭层厚度为150～220mm，并在炉内加入有冰晶石(Na3AlF6)，木炭的作用在于吸收熔体中的H2、O2气体，而冰晶石的加入，可使各种氧化物形成复盐，在连铸后易于除去。
水平连铸时采用石墨结晶器，可减少高锡硼铜合金拉铸时的拉伸阻力，加上反推工艺的应用，可保证铸坯具有较光洁的表面。
与现有技术相比，本发明的优点在于高锡硼铜合金是一种“无镍白铜”类合金材料，其强度、弹性、耐腐蚀、焊接性能和装饰性能较锌白铜明显要好，且其生产方法具有工艺流程短、产品质量稳定、成品率可高达70～80％。适用于制作眼镜架及其它与人体接触的各种饰品，也可以用来制造各种高强、高弹性易焊接成型、耐蚀、具有表面不经处理仿金色外观且对人体无侵害的各种装饰物，是镍白铜、锌白铜的优良替代品。
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例表1(见第5页)列出了本发明7个合金成分配方及其性能参数，从中可以发现其中最佳实施例的合金成分配方如下(见表2)表2.最佳实施例的合金成分配方
高锡硼铜合金Cu-Sn-B的生产工艺过程(参见附
图1)为a.配投料及熔炼——b.保温及水平连铸——c.均匀化梯度退火——d.酸洗——e.冷拉扒皮——f.中间退火——g.酸洗——h.冷拉扒皮——i.拉伸——j.消除内应力光亮退火。
其中，投料熔炼顺序为铜+锡+(铜-铁)，加热熔化后，再加(铜-硼)+铝+锌，出炉前加铜磷合金和铜钛合金细化晶粒，熔炼温度为1050～1300℃；保温及水平连铸温度为950～1200℃；水平连铸中采用了反推工艺，铸造速度为0.5～2.0m/min，拉长(节距)为10～30mm，停1～2秒后反推1～2mm；铸造过程中采用反推工艺，目的是消除铸坯表面横向裂纹，最佳的水平连铸工艺可以使反偏析层控制为0.2～0.5mm；均匀化梯度退火温度为550～850℃，时间为3～10小时，在保护性气氛N2+(3～25％)H2中进行，在保护性气体中加入3～25％H2，目的在于使产品表面光洁；中间退火温度为400～700℃，时间为1～5小时；消除内应力光亮退火(成品退火)温度为50～450℃，时间为4～120min。
拉伸过程中的冷加工率为10～70％。
熔炼工艺中采用木炭覆盖，木炭层厚度为150～220mm，并在炉内加入有冰晶石(Na3AlF6)，木炭的作用在于吸收熔体中的H2、O2气体，而冰晶石的加入，可使各种氧化物形成复盐，在连铸后易于除去。
水平连铸时采用石墨结晶器，减少了高锡硼铜合金拉铸时的拉伸阻力，加上反推工艺的应用，可保证铸坯具有较光洁的表面。
最终成品规格Φ0.1～10mm，金相组织是α相或α+δ相(δ相含量＜6％)的合金，晶粒度为0.025～0.04mm，颜色为18～24K金色。
本实施例的高锡硼铜合金及其线材的物理性能达到导电率(％IACS)8密度(g/cm3) 8.7导热率(W/m.K) ＜50弹性系数(KN/mm2)82(注锌白铜为130)本实施例的高锡硼铜合金及其线材的机械性能(及与锌白铜比较)见表3表3.高锡硼铜合金及其线材的机械性能(及与锌白铜比较) 从以上数据看，颜色为18～24K金色高锡硼铜合金的弹性比淡银白色的锌白铜明显要好，且可加工性和机械性能也明显优于锌白铜。表1.本发明7个合金成分配方及其性能参数(注表中“---”，化学成分指不含，力学性能指未测。)
权利要求
1.一种铜基高锡硼合金，它包含有12～18％(wt)的锡(Sn)，0.002～2％(wt)的硼(B)，及铁(Fe)、铝(Al)、钛(Ti)、磷(P)、锌(Zn)五种元素中至少一种，所述五种元素的含量分别为铁(Fe)为0～1.0％(wt)、铝(Al)为0～2.0％(wt)、钛(Ti)为0～0.002％(wt)、磷(P)为0～0.5％(wt)、锌(Zn)为0～2.0％(wt)，合金中的余量成分为铜(Cu)和少量杂质；
2.根据权利要求1所述的铜基高锡硼合金，其特征在于所述合金中元素锡(Sn)的最佳含量为13～15％(wt)；
3.根据权利要求1所述的铜基高锡硼合金，其特征在于所述合金中元素硼(B)的最佳含量为0.005～1％(wt)；
4.根据权利要求1所述的铜基高锡硼合金，其特征在于所述合金的金相组织为α相，或者为以α相为主另有少量δ相(δ相含量＜6％)，晶粒度为0.025～0.04mm；
5.一种生产所述的铜基高锡硼合金线材的制造工艺，其特征在于其生产工艺过程为a.配投料及熔炼——b.保温及水平连铸——c.均匀化梯度退火——d.酸洗——e.冷拉扒皮——f.中间退火——g.酸洗——h.冷拉扒皮——i.拉伸——j.消除内应力光亮退火；
6.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于其投料熔炼顺序为铜+锡+(铜-铁)，熔化后，再加(铜-硼)+铝+锌，出炉前加铜磷合金和铜钛合金细化晶粒，熔炼温度为1050～1300℃；
7.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于其保温及水平连铸温度为950～1200℃；
8.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于水平连铸中采用了反推工艺，铸造速度为0.5～2.0m/min，拉长(节距)为10～30mm，停1～2秒后反推1～2mm；
9.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于均匀化梯度退火温度为550～850℃，时间为3～10小时，在保护性气氛中进行；
10.根据权利要求9所述的制造工艺，其特征在于所述的保护性气氛为N2+(3～25％)H2；
11.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于所述的中间退火温度为400～700℃，时间为1～5小时；
12.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于所述的消除内应力光亮退火(成品退火)温度为50～450℃，时间为40～120min；
13.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于所述的拉伸过程中的冷加工率为10～70％；
14.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于在所述的熔炼工艺中采用木炭覆盖，木炭层厚度为150～220mm，并在炉内加入有冰晶石(Na3AlF6)；
15.根据权利要求5所述的制造工艺，其特征在于水平连铸时采用石墨结晶器。
全文摘要
一种铜基高锡硼合金(Cu－Sn－B)及其线材的制造工艺。合金包含有12～18％(wt)的锡(Sn)，0.01～2％(wt)的硼(B)，铁(Fe)、铝(Al)、钛(Ti)、磷(P)、锌(Zn)五种元素中至少一种及余量的铜和杂质。其生产工艺过程为a.配投料及熔炼——b.保温及水平连铸——c.均匀化梯度退火——d.酸——e.冷拉扒皮——f.中间退火——g.酸洗——h.冷拉扒皮——i.拉伸——j.消除内应力光亮退火。与现有技术相比，本发明的优点在于高锡硼铜合金是一种“无镍白铜”类合金，其强度、弹性、耐腐蚀、焊接性能和装饰性能优于锌、镍白铜；其生产工艺具有流程短、产品质量稳定、成品率高。适用于制作眼镜架及其它与人体接触的各种饰品。
文档编号C22C9/02GK1394976SQ0211210
公开日2003年2月5日 申请日期2002年6月14日 优先权日2002年6月14日
发明者张明, 楼号荣, 孙凌 申请人:宁波有色合金有限公司